Circuitos AC
A maioria dos circuitos domésticos são circuitos de corrente alternada (CA). Aquela lâmpada ao lado da sua cama, aquelas tomadas na cozinha – todas fornecem energia AC. A corrente alternada é onde, em vez de a corrente fluir apenas para um lado do circuito, ela muda de direção super rápido. Em um circuito doméstico regular, ele alterna 60 vezes por segundo. Em um circuito CA, a corrente, a tensão e a potência variam de forma senoidal – na forma de uma curva sinusoidal.
Visto que a corrente e a tensão estão sempre variando, que valor de volts e amperes usamos? Se usarmos uma média regular, obteremos corrente e voltagem zero, o que não faz muito sentido. Em vez disso, usamos algo chamado de corrente quadrada média da raiz (I rms ) e tensão quadrada média da raiz (V rms ). Você pode calcular esses números usando estas equações:
I rms = I 0 / raiz quadrada de 2
V rms = V 0 / raiz quadrada de 2
V 0 é o pico ou a tensão máxima medida em volts e I 0 é o pico ou a corrente máxima medida em amperes.
Impedância e Resistores
O conceito de resistência, conforme discutimos em outra lição, também se aplica aos circuitos CA, mas é um pouco diferente. Em circuitos CA, a resistência varia dependendo em qual parte da curva senoidal você está em um determinado momento. Portanto, para refletir isso, usamos um termo diferente: impedância. Impedância é a resistência de um componente em um circuito CA. É o que você obtém se usar os valores rms de corrente e tensão na Lei de Ohm. Acabamos de substituir o R da resistência por Z para a impedância.
I = V / R torna-se …
I rms = V rms / Z
A impedância, assim como a resistência, é medida em Ohms.
Resolver problemas usando combinações de resistores, capacitores ou indutores pode ser difícil com circuitos CA e requer o uso de números complexos.
Reatância de capacitores e indutores
Como se não tivéssemos nomes suficientes para a mesma coisa, aqui está outro: reactância . Ao falar especificamente sobre capacitores e indutores, sua ‘impedância’ é geralmente chamada de ‘reatância’. Para um indutor é chamado de reatância indutiva e o símbolo X L é usado, e para um capacitor é chamado de reatância capacitiva e o símbolo X C é usado. Mais uma vez, isso pode ser colocado de volta na equação da Lei de Ohm regular, substituindo a resistência R.
I = V / R torna-se …
I rms = V rms / X L (reatância indutiva)
ou
I rms = V rms / X C (reatância capacitiva)
Esta é a equação que podemos usar para calcular a reatância capacitiva, onde C é a capacitância do capacitor, medida em Farads, ef é a frequência da fonte CA – o número de vezes que ela muda de direção por segundo – medida em Hertz.
X C = 1/2 * pi * f * C
E esta é a equação para reatância indutiva, onde L é a indutância do indutor, medida em Henrys, ef é novamente a frequência da fonte AC, medida em Farads.
X L = 2 * pi * f * L
Cálculo de exemplo
Então, por exemplo, digamos que você tenha um circuito CA que contém um indutor 5 Henry em uma fonte de alimentação principal de 120 volts. E você deve calcular a corrente rms que flui através do circuito, se a frequência CA for 60 Hertz.
Bem, em primeiro lugar, devemos escrever o que sabemos. A indutância, L, é 5 Henrys. A voltagem, V, é de 120 volts. E a frequência, f, é 60 Hz.
Somos solicitados a calcular a corrente rms, I rms . Com base na Lei de Ohm, I rms é igual a V rms dividido por R. Mas como este é um circuito CA, isso é realmente V rms dividido por Z (a impedância), e porque estamos falando de um indutor, devemos substituí-lo de novo, tornando-V rms divididas por X L .
I rms = V rms / X L
Sabemos que V rms é igual a 120 volts, por isso, só precisa descobrir X L . Felizmente, temos uma equação para isso: XL é igual a 2 * pi * f * L. Então, 2 multiplicado por pi, multiplicado pela frequência de 60 Hertz, multiplicado pela indutância (5 Henrys). Digite tudo isso em uma calculadora e você obterá uma reatância indutiva (XL) de 1885 Ohms.
Finalmente, insira ESSE número na equação da Lei de Ohm, 120 dividido por 1885 nos dá uma corrente de 0,064 amperes.
E é isso, terminamos.
Resumo da lição
A maioria dos circuitos domésticos são circuitos de corrente alternada (CA). A corrente alternada é onde, em vez de a corrente fluir apenas para um lado do circuito, ela muda de direção super rápido. Em um circuito CA, a corrente, a tensão e a potência variam de forma senoidal – na forma de uma curva sinusoidal. Uma vez que a corrente e a voltagem estão sempre variando, usamos algo chamado de corrente quadrática média (ou rms) e voltagem quadrática média. Você pode calcular esses números usando estas equações:
I rms = I 0 / raiz quadrada de 2
V rms = V 0 / raiz quadrada de 2
V 0 é o pico ou a tensão máxima medida em volts e I 0 é o pico ou a corrente máxima medida em amperes.
Em circuitos CA, não usamos o termo ‘resistência’. Em vez disso, a chamamos de impedância: a impedância é apenas a resistência de um componente em um circuito CA. É o que você obtém se usar os valores rms de corrente e tensão na Lei de Ohm. Acabamos de substituir o R da resistência, com Z para a impedância.
I = V / R torna-se …
I rms = V rms / Z
Quando temos capacitores ou indutores em um circuito, substituímos Z pela impedância novamente. Chamamos a impedância de um capacitor ou indutor de ‘reatância’. A reatância é realmente apenas a impedância de um capacitor ou indutor. Para um indutor é chamado de reatância indutiva e o símbolo X L é usado, e para um capacitor é chamado de reatância capacitiva e o símbolo X C é usado. Mais uma vez, isso pode ser colocado de volta na equação da Lei de Ohm regular, substituindo a resistência R.
I = V / R torna-se …
I rms = V rms / X L para reatância indutiva
ou
I rms = V rms / X C para reatância capacitiva
Também temos uma equação para calcular a reatância capacitiva e uma equação para calcular a reatância indutiva. Nessas equações, C é a capacitância do capacitor, medida em Farads, L é a indutância do indutor, medida em Henrys, ef é a frequência da fonte CA – o número de vezes que muda de direção por segundo, medido em Hertz.
X C = 1/2 * pi * f * C
X L = 2 * pi * f * L
Resultados de Aprendizagem
Após esta lição, você será capaz de:
- Descreva como os circuitos AC operam
- Lembre-se da natureza sinusoidal dos circuitos AC
- Explique o que é impedância e como calculá-la
- Identifique as equações para calcular a reatância capacitiva e indutiva